Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 64 из 102)

3.2. ПОВЕРХНОСТНО-МОНТИРУЕМЫЕ КОМПОНЕНТЫ И ИХ УПАКОВКА

При поверхностном монтаже применяют следующие виды корпусов :

1) простые корпуса для пассивных компонентов:

прямоугольной формы, например резисторов и конденсаторов;

типа MELF (Metal Electrode Face Bonded) с вмонтированными электродами в

виде металлизированных торцов;

2)

сложные корпуса для многовыводных полупроводниковых приборов: малогабаритный транзисторный (Small Outline Transistor — SOT);

малогабаритный (Small Outline — SO) для интегральных схем; увеличенный малогабаритный (Small Outline Large — SOL) для

интегральных схем; пластмассовые кристаллоносители с выводами (Plastic Leaded Chip Carrier —

PLCC); безвыводные керамические кристаллоносители (Leadless Ceramic Chip

Carrier — LCCC); керамические кристаллоносители с выводами (Leaded Ceramic Chip Carrier

— LDCC);

3) различные нестандартные корпуса для компонентов неправильной формы, например индуктивностей и переключателей.

Большая часть чип-резисторов изготавливается методами толстопленочной технологии, которая включает отжиг смесей оксидов металлов и керамики (или стекла), нанесенных на керамические подложки с применением, например, шелкографии. Аналогично изготавливаются контактные площадки резисторов. Резисторы нередко покрываются пассивирующим слоем стекла. После лазерной подгонки и покрытия эпоксидным составом подложки разрезаются на отдельные чип-резисторы.

В корпусах типа MELF изготавливают кремниевые диоды, высокочастотные катушки индуктивности с постоянной индуктивностью, танталовые конденсаторы, металлопленочные резисторы и устройства защиты от перенапряжений, но в наибольших объемах производятся постоянные керамические конденсаторы и графитовые пленочные резисторы.

Транзисторный мини-корпус SOT применяется для корпусирования дискретных полупроводниковых приборов: одиночных биполярных и полевых транзисторов, диодов, стабилитронов и др. Корпус ТО-236 применяют для корпусирования кристаллов, имеющих площадь до 19,35 мм² и рассеиваемую мощность 200 мВт, а второй корпус, ТО-243, рассчитан на кристаллы площадью 38,7 мм², мощностью до 500 мВт при 25 С. Оба корпуса очень просты по конструкции с тремя выводами: у ТО-236 выводы поочередно отходят от каждой из сторон корпуса, в то время как у ТО-243 они расположены по одну сторону корпуса, а центральный вывод — увеличенного размера для лучшего отвода

тепла.

Интегральная схема в мини-корпусе SOIC/SOL напоминает уменьшенный вариант традиционного корпуса с двухрядным расположением ленточных выводов (типа DIP). Обычно мини-корпуса поставляются в 8, 14 и 16-выводном исполнении, при этом выводы имеют форму крыла чайки и расположены с шагом 1,27 мм (рис. 3.1, а). Большим преимуществом этого корпуса являются улучшенные массогабаритные характеристики по сравнению с его аналогом DIP: он на 70 % меньше по объему, на 30 % меньше по высоте, а масса такого корпуса составляет лишь 10 % массы его более крупного аналога. Кроме того, миникорпус имеет лучшие электрические характеристики, определяющие скорость прохождения сигнала. Для переработки топологии обычной схемы на DIPкорпусах в вариант с использованием SOIC/SOL-корпусов нужно внести лишь небольшие изменения, так как разводка выводов одинакова, но общий размер платы может быть уменьшен.

а б в г

Рис. 3.1. Типы корпусов микросхем

Стандартный мини-корпус типа SO (рис. 3.1, б) имеет ширину 3,81 мм; существует также совершенно аналогичный корпус, называемый увеличенным вариантом, — SOL, который имеет ширину 7,62 мм. Количество выводов у этих корпусов колеблется от 16 до 28. Пластмассовый кристаллоноситель с выводами (PLCC), размещенными по всем четырем сторонам корпуса, обеспечивает большую плотность соединений и представляет собой почти правильный квадрат с количеством выводов от 18 до 84 (рис. 3.1, в). Шаг выводов у PLCC обычно составляет 1,27 или 0,635 мм, однако для некоторых сложных СБИС применяется также шаг 0,508 мм.

Корпус PLCC характеризуется наличием одного ряда выводов по периферии. Варианты конструкции PLCC с числом выводов до 52 имеют, как правило, гибкие J-образные выводы, загибаемые под корпус при монтаже.

Наиболее распространенным типом керамических корпусов для поверхностного монтажа является LCCC — безвыводной керамический кристаллоноситель. Конструктивно LCCC состоит из трех основных элементов: металлизированного керамического основания, металлической крышки и герметизирующего материала, чаще всего специального припоя. В углах корпуса отсутствуют контактные площадки, корпус имеет два ориентирующих ключа: один из них для оптического считывания, второй — в виде угловой фаски. Эти корпуса выбираются для ответственных применений, например в военной технике, аппаратуре связи и аэрокосмической технике, поскольку они могут быть высокогерметичными. Однако LCCC имеют существенные недостатки. Главным из них является рассогласование температурных коэффициентов расширения (ТКР) корпуса и стандартной стеклоэпоксидной платы, которое способствует образованию и развитию дефектов в местах пайки при жестком термоциклировании или высоком уровне рассеиваемой мощности. Кроме того, эти корпуса относительно дороги в производстве.

Керамические кристаллоносители с выводами (LDCC/CCC) позволяют решать проблему согласования ТКР, хотя они дороже, конструктивно более сложны и пригодны лишь для военных и других ответственных применений, где стоимость не является основным критерием выбора компонентов.

Корпус PGA имеет тонкие штыревые выводы, расположенные в матричном порядке (рис.3.1, г).

3.3. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВАРИАНТЫ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА

3.3.1. ВАРИАНТЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ПМ

Классификация вариантов поверхностного монтажа развивается в соответствии с достижениями техники в этой области. На ранних стадиях выделялись три основных варианта: чисто поверхностный монтаж (одно- или двухсторонний) (рис. 3.2, а); смешано-разнесенный монтаж, при котором компоненты со штыревыми выводами размещаются на лицевой стороне печатной платы, а простые ПМ- компоненты –на обратной стороне (рис. 3.2, в) и смешанный монтаж: (рис 3.2, б), когда на одной или двух сторонах печатной платы размещаются сложные ПМ - компоненты и компоненты со штыревыми выводами. В стандарте IPC-CM-770 эта классификация получила дальнейшее развитие. Выделены два типа (тип 1 и тип 2), которые могут иметь три класса (А, В и С). Типы определяют расположение компонентов с одной или двух сторон ПП, а классы — виды компонентов, используемых для поверхностного монтажа (А — использование компонентов только со штыревыми выводами, В — только ПМ-компоненты и С — смешанное использование компонентов). Классы В и С в свою очередь могут подразделяться на простые и сложные.

Еще один вариант классификации предусматривается стандартами EIA , в которых выделяются три варианта практической реализации технологии ПМ: тип 1, тип 2 и тип 3 (рис 3.3). Тип 1 содержит только ПМ-компоненты различной сложности, устанавливаемые с одной или двух сторон ПП, тип 3 — компоненты со штыревыми выводами на лицевой стороне и простые ПМ-компоненты на обратной стороне ПП. Тип 2 является комбинацией 1-го и 2-го типов. Кроме того, сборочные единицы, содержащие сложные ПМ - компоненты (QFP, TAB, BGA и др.), для каждого из типов выделяется в подтипы: IC, IIС, IIIС (рис. 3.4).

Практически в промышленности более часто применяется последний вариант классификации и мы примем его за основу.

3.3.1.1 ТИПОВАЯ СХЕМА ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ПМ ТИПА 1

Характерной особенностью типа 1 является использование только ПМ – компонентов. Технологический процесс начинается с нанесения (чаще всего методом трафаретной печати) припойной пасты на контактные площадки (рис.

3.5). Компоненты устанавливаются на печатную плату и осуществляется их пайка в парогазовой фазе. Некоторые припойные пасты подсушивают перед пайкой для удаления летучих соединений и стабилизации свойств. Для плат с двухсторонней установкой компонентов приведенные выше операции повторяются. Компоненты, находящиеся на лицевой поверхности печатной платы, повторно подвергаются нагреву. Однако вследствие действия сил поверхностного натяжения в припойной пасте они остаются на своих местах.

Рис. 3.2. Классификация вариантов ПМ на ранних стадиях

Рис. 3.3. Классификация вариантов ПМ согласно стандартов EIA

Рис 3 4.Сложные варианты ПМ согласно стандартов EIA

Рис. 3.5. Схема процесса ПМ - конструктивов типа 1

Процесс монтажа сборочных единиц типа IC, содержащих сложные корпуса, в основном соответствует описанному выше. Свои особенности имеет только монтаж корпусов с ультрамалым расстоянием между выводами (UFP/TAB). Их установку и пайку (чаще всего с помощью группового паяльника) осуществляют после выполнения всех основных операций для типа 1. BGA-корпуса устанавливаются в общем технологическом цикле, так как они имеют большее расстояние между выводами (обычно 1,27 мм).